Лекции по "Общей химии"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Сентября 2013 в 23:16, курс лекций

Краткое описание

Основными классами неорганических соединений являются оксиды, кислоты, соли и основания.
Оксиды представляют собой соединения элементов с кислородом. Оксиды подразделяют на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие оксиды делят на основные (образуют соли с кислотами), кислотные (образуют соли с основаниями) и амфотерные (образуют соли как с кислотами, так и с основаниями). Основным оксидам отвечают основания, кислотным – кислоты, а амфотерным – гидраты, которые проявляют как кислотные, так и амфотерные свойства. Кислотные оксиды представляют собой ангидриды кислот (SO2 – серный ангидрид, N2O5 – азотный ангидрид).

Содержание

Основные классы химических соединений, номенклатура.
3
Основные законы общей химии. Стехиометрия. Химический эквивалент.
5
Газовые законы. Основные газовые процессы.
7
Строение атома.
9
Строение атома (заключение). Химическая связь. Основные типы химической связи.
12
Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева.
16
Основы термодинамики. I,II и III начало термодинамики.
18
Основы термодинамических расчетов.
21
Химическая кинетика и химическое равновесие.
23
Теория электролитической диссоциации. Электролиты.
26
Водородный показатель кислотности и щелочности водных растворов. Растворимость.
28
Гидролиз солей.
32
Окислительно-восстановительные реакции.
34
Растворы. Способы выражения их концентрации.
37
Классификация растворов. Коллигативные свойства растворов.
40
Основы химии промышленных взрывчатых веществ.
42
Расчеты кислородных балансов ВВ и тепловых эффектов реакций взрыва.
45

Прикрепленные файлы: 1 файл

Химия лекции.doc

— 578.50 Кб (Скачать документ)

 

Самым слабым электролитом из приведенных является H2O2, а самым сильным – НСООН.

Вант-Гофф установил, что изотонический  коэффициент i выражается дробными числами, которые с разбавлением раствора возрастают, приближаясь к целым числам. Последнее свидетельствует о неполноте диссоциации электролитов на ионы, т.к. в противном случае осмотическое давление (и пропорциональные ему величины) всегда было бы в целое число раз больше значений, наблюдаемых в растворах неэлектролитов. Аррениус объяснил это тем, что только часть электролита диссоциирует на ионы и ввел понятие степени диссоциации a (отношение числа молекул nдис, распавшихся на ионы, к общему числу молекул nS в растворе):

.

Позже было установлено, что все  электролиты можно разделить  на две группы: слабые и сильные. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированны практически полностью. Понятие степени диссоциации к ним практически не применимо, а отклонение изотонического коэффициента от целочисленных значений объяснимо несколько иными причинами. Слабые электролиты диссоциируют в водных растворах лишь частично, и в растворе имеет место динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами.

Для оценки состояния ионов в  растворе вводят понятие активности – эффективной, условной концентрации иона, в соответствии с которой он действует при химических реакциях. Активность иона а равна его концентрации с, домноженной на коэффициент активности f: a=f·с. Коэффициенты активности различных ионов различны. Они изменяются при изменении условий, например, при изменении концентрации раствора.

Если f<1, то есть взаимодействие между ионами, приводящее к их взаимному связыванию.

Если f»1, то взаимодействие между ионами носит слабый характер.

В разбавленных растворах природа  ионов мало влияет на значения коэффициентов  активности. Приближенно считают, что коэффициент активности данного иона зависит только от его заряда и от ионной силы раствора I, которая является полусуммой произведений концентраций всех находящихся в растворе ионов на квадрат их заряда:

I=0,5·

.

Лекция №11: Водородный показатель кислотности  и щелочности водных растворов. Ионное произведение воды. Растворимость.

 

Для выражения кислотности  или щелочности раствора используют величину водородного показателя (рН), равную десятичному логарифму концентрации ионов водорода [H+], взятому с обратным знаком:

рН=-lg[H+], где [H+]=[моль/л].

Таким образом, по характеру  среду растворы можно подразделить на кислые (растворы, в которых концентрация ионов водорода больше концентрации гидроксид-ионов), щелочные (растворы, в которых концентрация ионов водорода меньше концентрации гидроксид-ионов) и нейтральные (растворы, в которых концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов).

 

Характер среды (раствора)

Величина рН

Концентрация [Н+], моль/л

кислая

<7

>10-7

нейтральная

~7

~10-7

щелочная

>7

<10-7


 

Существуют различные  методы измерения рН. Приближенно  реакцию среды возможно определить при помощи специальных реактивов, или индикаторов, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее распространёнными индикаторами являются: метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфталеин. В следующих таблицах даны характеристики основных применяемых индикаторов:

Таблица 1. Кислотно-основные индикаторы.

Таблица 2. Важнейшие индикаторы

Название индикатора

Цвет индикатора в  различных средах

в кислой

в нейтральной

в щелочной

Метиловый оранжевый

красный (рН<3,1)

оранжевый

(3,1<рН<4,4)

желтый

(рН>4,4)

Метиловый красный

красный (рН<4,2)

оранжевый

(4,2<рН<6,3)

желтый

(рН>6,3)

Фенолфталеин

бесцветный (рН<8,0)

бледно-малиновый

(8,0<рН<9,8)

малиновый

(рН>9,8)

Лакмус

красный (рН<5,0)

оранжевый

(5,0<рН<8,0)

желтый

(рН>8,0)


Для воды и разбавленных водных растворов при Т=const:

+]·[ОН-]=const=KH2O, где KH2O – ионное произведение воды.

При Т=298К (25°С) для чистой воды [Н+]=[ОН-]=10-7 моль/л, поэтому:

KH2O=10-7·10-7=10-14 или р[Н+]+р[ОН-]=14, т.е. р[Н+]=14-р[ОН-].

Т.о. сумма водородного и гидроксильного показателей в водных растворах при 25°С равна 14.

При увеличении температуры  значение ионного произведения воды возрастает (например, при 100°С оно достигает величины 5,5·10-13).

Однако следует учитывать, что каковой бы ни была величина реакции раствора (рН), произведение концентраций [Н+]·[ОН-] остаётся неизменным. Величина ионного произведения воды может измениться только при изменении температуры, но не при увеличении [Н+] или [ОН-].

 

Расчет растворимости  солей и минералов

Насыщенным называют раствор, находящийся  в равновесии с избытком растворяемого  вещества. При заданных условиях концентрация насыщенного раствора не изменяется во времени. Её называют растворимостью и обозначают заглавной буквой английского термина «Solubility» S. Растворимость зависит от температуры и состава раствора. Обычно её рассчитывают на основе термодинамических констант. Рассмотрим равновесие между солью, состоящей из катионов металла Mz+ и анионов кислотного остатка Az-, и её насыщенным раствором. При этом учтем, что все соли - сильные электролиты, полностью диссоциирующие в растворе.

Мn+Аn-(т)=n+Мz+(р-р)+n-Аz-(р-р). (1)

Константу данного равновесия называют произведением растворимости соли и обозначают L. Запишем её выражение согласно закону действующих масс учитывая, что активность чистого растворенного вещества равна 1 (стандартное состояние).

L = a+n+×a-n- = [Mz+]n+×[Az-]n-×g±n, (2)

где n = n+ + n- , а среднеионный коэффициент активности g± = (g+n+×g-n-)1/n. Выражение (2) используют для расчета концентрации ионов в насыщенных растворах. Значения произведений растворимости берут в справочнике или вычисляют по величине энергии Гиббса растворения соли:

(3)

 (4)

 

Растворимость в бинарной системе соль - вода

В этом случае, согласно уравнению (1), [Mz+]=n+S и [Az-]=n-S.

Подставим эти соотношения  в (2). L=(n+S)n+(n-S)n-×g±n. После преобразования получим: L=(n±g±S)n, где среднеионный стехиометрический коэффициент равен: n±=(n+n+×n-n-)1/n, а n++n-=n.

Отсюда получаем формулу для  расчета растворимости соли в  воде:

 (5)

Если растворимость соли ниже 10-4 моль/л, то среднеионный коэффициент активности можно принять равным 1.

 

 

Растворимость в многокомпонентной системе  в отсутствие

одноименного  иона

Одноименными называют ионы, входящие в состав рассматриваемого труднорастворимого соединения. Если таковые в многокомпонентном растворе отсутствуют, то расчет растворимости ведут также по формуле (5), но с учетом ионной силы раствора. Вкладом труднорастворимого соединения в ионную силу пренебрегают, если его растворимость более, чем в 100 раз ниже концентрации других компонентов раствора. Ионную силу вычисляют как , а коэффициент активности как или , подставляя в последние вместо квадрата заряда иона модуль произведения зарядов ионов, образующихся при растворении труднорастворимой соли.

Следует подчеркнуть, что с ростом ионной силы g± при не высоких концентрациях электролита понижается, а растворимость увеличивается.

 

Растворимость в многокомпонентной системе  с одноименными ионами

Рассмотрим расчет растворимости соли Мn+Аn- в системе, содержащей хорошо растворимую соль M¢А с одноименным анионом. Пример такой системы: PbCl2 - NaCl - H2O. В этом случае используют формулу (2). Катионы Mz+ переходят в раствор только из осадка, поэтому их концентрация определена растворимостью: [Mz+] = n+S. Однако концентрация анионов в растворе складывается из двух составляющих, обусловленных, во-первых, растворимостью труднорастворимой соли n-S, и, во-вторых, концентрацией соли М¢A, которую обозначим n¢С¢. После подстановки в формулу (2) получим:

L = (n+S)n+(n-S + n¢C¢)n-×g±n. (6)

Растворимость находят путем решения  степенного уравнения (6). Если растворимость  меньше концентрации соли с одноименным  ионом в 100 и более раз, то есть n-S < 0,01n¢C¢, то возможны упрощения. Во-первых, пренебрегают в сумме меньшим слагаемым и получают:

 (7)

Во-вторых, при расчете коэффициента активности пренебрегают вкладом труднорастворимой  соли в ионную силу. Аналогично вычисляют  растворимость в присутствии  одноименного катиона. Следует отметить, что растворимость в присутствии одноименных ионов всегда понижается, так как их концентрация в (7) стоит в знаменателе дроби.

 

 

 

Лекция №12: Гидролиз солей.

 

Гидролизом солей является процесс химического взаимодействия солей с водой. Таким образом, гидролизом называют взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединятся с составными частями воды. Например, следующие реакции являются реакциями гидролиза:

KCN+H2O=HCN+KOH

AlCl3+H2O=Al(OH)Cl2+HCl

Гидролизу подвергаются следующие соли, образованные:

а) слабой кислотой и слабым основанием;

б) слабой кислотой и сильным  основанием;

в) сильной кислотой и  слабым основанием.

Соли же, образованные сильной кислотой и сильным основанием, не гидролизуются, а процесс нейтрализации в этом случае сводится к следующему:

Н++ОН- = Н2О. Следует учитывать, что обратная реакция диссоциации воды на ионы протекает в мизерной степени.

Слабыми кислотами являются: HNO2, H2SO3, H2O2, CH3COOH, H2SiO3, HF, H2CO3, HCN, H2S, H3PO4, NH4OH. Сильными кислотами являются: HNO3, H2SO4, HCl, HBr, HJ, НClO4, НMnO4. Cильными основаниями являются все щелочи кроме NH4OH (например КОН, NaOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2).

Рассмотрим подробнее основные три случая гидролиза солей:

 

1. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием (на примере ацетата натрия):

CH3COONa+H2O=CH3COOH+NaOH

CH3COO- +H2O=CH3COOH+OH-

В данном случае гидролизуется  анион соли, а реакция сопровождается образованием ионов ОН-. Реакция среды – щелочная.

 

2. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой:

NH4NO3+H2O=NH4OH+HNO3

NH4++H2O=NH4OH+H+

Здесь гидролизуется  катион соли и реакция сопровождается образованием ионов Н+. Реакция среды – кислая.

3. Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием:

 

CH3COONH4+H2O=CH3COOH+NH4OH

CH3COO- + NH4+ +H2O=CH3COOH+NH4OH

 

Здесь гидролиз идёт и  по катиону, и по аниону с образованием сразу двух слабых электролитов. Среда в растворах таких солей зависит от относительной силы образующихся в результате гидролиза кислоты и основания, но в целом близка к нейтральной.

 

4. Соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием, не гидролизуется:

KNO3+H2

KClO4+H2

 

Гидролизу подвергается не вся соль, а лишь её часть, т.е. в растворе устанавливается  равновесие между солью и образующими  её кислотой и основанием. Поэтому  часть вещества, подвергающаяся гидролизу, характеризуется степенью гидролиза. Степень гидролиза зависит от константы равновесия, температуры и концентрации соли, а также от её природы. Природа соли проявляется в величине константы гидролиза соли.

Информация о работе Лекции по "Общей химии"